Aangezien verschillende weefsels, cellen of biochemicaliën hebben verschillende (zoals optische, thermische en akoestische) reacties op verschillende golflengten van licht, een lichtbron met zichtbare tot bijna-infrarood (NIR) meerkleurenuitvoer biedt de basis voor multimodale/multidimensionale detectie/beeldvorming. Anderzijds, de polarisatie-eigenschappen van licht bieden een mogelijkheid voor de analyse en verwerking van verstrooide lichtsignalen en kunnen ook helpen om rijke structurele informatie in biologische materialen te verkrijgen. In aanvulling, single-mode micro-nano-lasers voldoen aan de toepassingsvereisten van geminiaturiseerde fotonische apparaten met een hoge informatienauwkeurigheid, het vermijden van valse signalen en overlappende interferentie van verschillende optische signalen, die het potentieel hebben om gerichte detectie/beeldvorming van verschillende cellen en moleculen te bereiken in combinatie met meerkleurige uitvoerkenmerken. Als een materiaal de voordelen van breedbandige meerkleurenuitvoer kan combineren, polarisatie en single-mode micro-nano laseren, het is erg handig voor multi-mode geminiaturiseerde biochemische detectie of beeldvorming, maar er is tot op heden geen verslag van overeenkomstige materialen.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassingen , een onderzoeksgroep onder leiding van professor Guodong Qian van State Key Laboratory of Silicon Materials, Cyrus Tang Center voor sensormaterialen en toepassingen, School voor materiaalkunde en techniek, Zhejiang-universiteit, China heeft melding gemaakt van de hiërarchische assemblage van verschillende kleurstofmoleculen op basis van een homo-epitaxy-proces in een host-guest hybride metaal-organisch raamwerk (MOF) micro-resonator om tot drie golflengte single-mode gepolariseerde lasers in groen, rood en NIR. De gesegmenteerde en georiënteerde assemblage van verschillende kleurstofmoleculen in het MOF-microkristal (genaamd ZJU-68) dat werkt als een verkorte resonator, helpen om dynamisch controleerbare meerkleuren single-mode laseren te bereiken met een lage driekleuren-lasingdrempel van ~1,72 mJ/cm ² en mate van polarisatie> 99,9%. Verder, de resulterende driekleurige single-mode laser heeft de grootste golflengtedekking van ~ 186 nm (bereik van ~ 534 nm tot ~ 720 nm) ooit gerapporteerd. De onderzoekers vatten hun ideeën samen:

"Het is algemeen bekend dat het ruimtelijke opsluitingseffect van het metaal-organische raamwerk de door aggregatie veroorzaakte uitdoving (ACQ) van organische kleurstofsystemen aanzienlijk kan verminderen. wanneer we verschillende kleurstofmoleculen moeten laden om de emissieband te verbreden, hoe moeten we proberen hun ongunstige energieoverdracht tussen elkaar te vermijden, vooral voor het lasersysteem dat een extreem grote optische winst vereist? Gelukkig, we hebben een van de oplossingen gevonden, dat is de combinatie van in-situ assemblage en epitaxiale groei."

"Natuurlijk, de maatovereenkomst tussen de gastheerraamwerkkanalen en de kleurstofmoleculen is ook een belangrijke factor voor de uiteindelijke succesvolle hiërarchische assemblage. Omdat we de voorbereide met kleurstof beladen kristalsegmenten nodig hebben om de vorige kleurstofmoleculen niet te lekken tijdens het epitaxiale groeiproces." voegde ze eraan toe.

"Deze MOF-gebaseerde hybride microkristallen kunnen selectief regionaal worden geëxciteerd om single-mode lineair gepolariseerde lasers in groen te produceren, rood, en nabij-infrarood, wat potentieel zal zijn in multimodale biochemische detectie/beeldvorming en on-chip fotoninformatieverwerking, ’ concluderen de onderzoekers.